王曉強(qiáng) 馬書林 顧書東 林棟 林俞生

摘? 要：傳統(tǒng)乘用車在起步、倒車工況時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)輪承受沖擊扭矩作用，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)軸外球節(jié)與輪轂軸承配合端面發(fā)生粘滑異響，本文通過純電動(dòng)乘用車起步倒車異響的解析案例，對(duì)比研究其影響因素與傳統(tǒng)車的區(qū)別。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)軸;粘滯噪音;扭矩響應(yīng);起步倒車

中圖分類號(hào)：U461.4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2019）04-0015-05

Abstract： When the traditional passenger cars start and reverse， the driving wheel bears the impact torque， resulting in the stick-slip abnormal sound between the outer joint of the driving shaft and the end face of the hub bearing. This text studies the difference influencing factors between the pure electric and traditional cars ，through the analysis of the abnormal sound of starting and reversing of passenger cars.

Key Words： drive shaft; viscous noise;torque response;start reverse

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車用戶對(duì)車輛要求的不斷提高，從汽車駕駛舒適性及整車NVH均提出了更大的要求。尤其近幾年隨著能源問題的日益突出，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，雖然電動(dòng)車在噪聲方面有著先天優(yōu)勢(shì)，但是在部分工況下，尤其是在高負(fù)載和高轉(zhuǎn)速的情況下，噪聲問題比較突出，然而現(xiàn)階段多數(shù)電動(dòng)車的設(shè)計(jì)主要還是沿用傳統(tǒng)汽車的相關(guān)結(jié)構(gòu)與參數(shù)或經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計(jì)，導(dǎo)致電動(dòng)汽車的噪聲問題被一直忽視。本文就以某電動(dòng)車起步倒車異響問題為例，通過與傳統(tǒng)車的對(duì)比分析，研究影響電動(dòng)車起步倒車工況異響的因素。

1? ? 起步倒車異響產(chǎn)生的位置

車輛在快速起步或倒車工況時(shí)，前懸輪邊處傳出一聲或者數(shù)聲“咯噔”異響，行駛中無異響，緩慢起步、倒車異響出現(xiàn)概率較低。

如下圖1所示，驅(qū)動(dòng)軸與輪轂總成連接產(chǎn)生異響的部位如下：驅(qū)動(dòng)軸外球節(jié)與輪轂軸承配合端面，如下圖1紅圈標(biāo)記處。

2? ? 異響產(chǎn)生機(jī)理分析

粘滑現(xiàn)象：恒定牽引力作用下的界面滑動(dòng)速度一般保持恒定或者近似恒定，但在某些情況下摩擦力或者滑動(dòng)速度隨著滑行距離或者滑行時(shí)間出現(xiàn)一種波動(dòng)狀態(tài)，這就是粘滑現(xiàn)象，滑動(dòng)發(fā)生前的狀態(tài)稱作粘滯;

粘滯噪音：粘滯階段，靜摩擦力逐漸增至一定值，一旦外力足以克服這個(gè)摩擦力，界面就發(fā)生滑移，滑移過程中，摩擦力與時(shí)間關(guān)系曲線是鋸齒狀，變化劇烈，引發(fā)噪音，此噪音可稱為粘滯噪音。

因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸外球節(jié)殼體與輪轂軸承在螺母作用下壓緊在一起，但是由于下述三項(xiàng)影響因素，存在粘滑的條件，因此存在粘滯噪音的風(fēng)險(xiǎn)。

① 如上圖1所示，輪轂總成與驅(qū)動(dòng)軸的配合端面只是圖中紅圈所示寬度為4～7mm的環(huán)面，端面間的靜摩擦力矩相對(duì)較小，驅(qū)動(dòng)軸承受較大扭矩時(shí)，兩個(gè)端面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)較大;

② 花鍵配合間隙：驅(qū)動(dòng)軸與輪轂軸承配合花鍵存在一定配合間隙，加劇相對(duì)滑動(dòng);

③ 驅(qū)動(dòng)扭矩導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)軸固定節(jié)殼體自身發(fā)生彈性變形，進(jìn)一步加大相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)。

3? ? 異響影響因素對(duì)比分析

基于上述異響機(jī)理的分析，結(jié)合某電動(dòng)車及其基礎(chǔ)傳統(tǒng)車的實(shí)際案例，對(duì)比分析異響影響因素的差異。

3.1? ?異響與靜摩擦力矩的關(guān)系

根據(jù)異響機(jī)理粘滯噪音的影響因素1：靜摩擦力矩較小才會(huì)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可能，進(jìn)而產(chǎn)生粘滯噪音，因此對(duì)比分析靜摩擦力矩如下：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可明確看出某電動(dòng)車及其基礎(chǔ)傳統(tǒng)車驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合端面靜摩擦力矩完全相同，均小于驅(qū)動(dòng)軸承受的扭矩，因此均有發(fā)生粘滑摩擦的可能，但是實(shí)際上車輛異響情況并不相同，因此判斷導(dǎo)致電動(dòng)車與其基礎(chǔ)傳統(tǒng)車異響不同的因素并不是靜摩擦力矩，為了進(jìn)一步判斷靜摩擦力矩對(duì)異響的影響，結(jié)合公式（1），進(jìn)行如下驗(yàn)證分析：

1）增大螺母擰緊力矩T（由原來的125N.m增大至180N.m）：故障率降低，但無法徹底消除。

因此得出如下初步結(jié)論：驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合端面靜摩擦力矩對(duì)異響有影響，但是因?yàn)槭芙Y(jié)構(gòu)限制，靜摩擦力矩不能無限制調(diào)整，因此其始終會(huì)小于驅(qū)動(dòng)軸承受的扭矩，因此其對(duì)電動(dòng)車的異響不是關(guān)鍵決定因素。

3.2? ?異響與花鍵配合間隙的關(guān)系

因?yàn)楫愴懏a(chǎn)生的位置是驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合端面的接觸環(huán)面，為進(jìn)一步驗(yàn)證異響與花鍵配合間隙的關(guān)系，因此將相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性轉(zhuǎn)化，因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸一端通過移動(dòng)節(jié)與差速器連接，一端通過固定節(jié)與輪轂連接，在傳遞扭矩的過程中，可將驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合的子系統(tǒng)視為一端通過花鍵和鎖緊螺母固定的扭轉(zhuǎn)彈簧系（見下圖3），因此可以將花鍵配合間隙轉(zhuǎn)化為配合環(huán)面上的夾角進(jìn)行對(duì)比分析，見下圖4：

其中：

θ1為驅(qū)動(dòng)軸外球節(jié)外花鍵與輪轂內(nèi)花鍵存在配合間隙時(shí)，對(duì)應(yīng)配合環(huán)面上驅(qū)動(dòng)軸外球節(jié)與輪轂之間的相對(duì)偏轉(zhuǎn)角度;

為驗(yàn)證異響與花鍵配合間隙的關(guān)系，做如下對(duì)比驗(yàn)證：

表2 某電動(dòng)車與其基礎(chǔ)傳統(tǒng)車驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合端面轉(zhuǎn)角及異響對(duì)比

通過上述對(duì)比分析，花鍵配合間隙對(duì)電動(dòng)車起步倒車異響有一定影響，但是仍然不能消除，因此其同樣不是異響的關(guān)鍵決定因素，因此繼續(xù)結(jié)合與傳統(tǒng)車的差異，進(jìn)行下述分析。

3.3? ?異響與驅(qū)動(dòng)軸彈性變形的關(guān)系

參照異響機(jī)理中彈性變形的影響3，并結(jié)合3.2的分析方法，同樣將將驅(qū)動(dòng)軸與輪轂配合的子系統(tǒng)視為一端通過花鍵和鎖緊螺母固定的扭轉(zhuǎn)彈簧系，將驅(qū)動(dòng)軸彈性變形轉(zhuǎn)化為配合環(huán)面上的夾角進(jìn)行對(duì)比分析（見上圖4）

T：為上述表1的T′驅(qū)動(dòng)軸承受的驅(qū)動(dòng)力矩;

：花鍵部分的軸的抗扭剛度，外球節(jié)相同其為定值;

L：花鍵部分的長(zhǎng)度，外球節(jié)相同則其同為定值;

根據(jù)上述公式（3），驅(qū)動(dòng)軸外球節(jié)相同時(shí)，θ2大小僅與驅(qū)動(dòng)軸承受的扭矩成正比。

為了做進(jìn)一步的驗(yàn)證，首先對(duì)某電動(dòng)車及其基礎(chǔ)傳統(tǒng)車的動(dòng)力總成扭矩輸出響應(yīng)進(jìn)行如下的對(duì)比測(cè)試，即對(duì)比上述公式（3）中的T：

1）基礎(chǔ)傳統(tǒng)車型猛踩油門起步3s左右，車速為20km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速4000rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩約120N.m;

2）某電動(dòng)車車型猛踩油門起步3s左右，車速為20km/h時(shí)，電機(jī)輸出扭矩約260N.m;（見圖5）

3）基礎(chǔ)傳統(tǒng)車型緩慢踩油門起步3s左右，車速為10km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2000rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩約60N.m;

4）電動(dòng)車車型緩慢踩油門起步3s左右，車速為10km/h時(shí)，電機(jī)輸出扭矩約120N.m;

為進(jìn)一步驗(yàn)證異響與驅(qū)動(dòng)軸彈性變形的關(guān)系，結(jié)合上述數(shù)據(jù)以及公式（2），（3），做如下對(duì)比分析：

通過上述對(duì)比分析，基礎(chǔ)傳統(tǒng)車與電動(dòng)車異響差異的本質(zhì)原因在于驅(qū)動(dòng)軸在相同時(shí)間內(nèi)承受的扭矩差異較大，進(jìn)而引起的驅(qū)動(dòng)軸彈性變形也不同，雖然通過對(duì)比無法將變形角度精確值與異響的關(guān)系定量分析，但是已明確驅(qū)動(dòng)軸彈性變形（間接為驅(qū)動(dòng)軸承受的扭矩）與異響有密切的關(guān)系，驅(qū)動(dòng)軸彈性變形才是引起異響的決定因素。為驗(yàn)證對(duì)比分析結(jié)果的正確性，進(jìn)一步進(jìn)行如下表4驗(yàn)證：

4? ? 異響解決措施

根據(jù)上述異響影響因素的對(duì)比分析，影響電動(dòng)車起步倒車異響的因素有：驅(qū)動(dòng)軸外球節(jié)與輪轂配合花鍵的間隙（不是關(guān)鍵影響因素），驅(qū)動(dòng)軸彈性變形（關(guān)鍵影響因素，但是受結(jié)構(gòu)限制無法調(diào)整自身結(jié)構(gòu)，直接與驅(qū)動(dòng)軸承受扭矩成正比），結(jié)合異響影響因素，分析某電動(dòng)車的異響解決措施如下：

調(diào)整電機(jī)輸出扭矩響應(yīng)——延長(zhǎng)電機(jī)最大扭矩輸出時(shí)間（見下圖6）

效果：對(duì)某電動(dòng)車調(diào)整電機(jī)輸出扭矩響應(yīng)后，異響完全消除。

5? ? 總結(jié)

通過對(duì)某電動(dòng)車與其基礎(chǔ)傳統(tǒng)車起步、倒車異響的對(duì)比研究，確定電動(dòng)車的起步、倒車輪邊異響不僅與驅(qū)動(dòng)軸外球節(jié)與輪轂配合的花鍵間隙有關(guān)，最主要的區(qū)別是電動(dòng)車相對(duì)于傳統(tǒng)車動(dòng)力總成扭矩輸出響應(yīng)較快，通過上述研究，明確了電動(dòng)車與傳統(tǒng)車異響影響因素的不同，后續(xù)新能源車型開發(fā)可借鑒調(diào)整電機(jī)輸出扭矩響應(yīng)的方法來抑制異響，對(duì)提升新能源車型NVH水平具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王少璋， 肖俊華，錢建功，蔡志林，孫利飛. 驅(qū)動(dòng)軸起步倒車異響問題機(jī)理及解決措施.汽車后市場(chǎng).

[2]賈凱敏.汽車底盤異響及特殊案例分析U.工業(yè)技術(shù)，2012， （25）.

[3]劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M]. 清華大學(xué)出版社，2001.

[4]李詩(shī)卓，董祥林. 材料的沖蝕磨損與微動(dòng)暗損[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[5]盛選禹. 摩阻材料的研制及其靜摩擦因數(shù)變化規(guī)律[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1997（11）.